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Avaliação da vulnerabilidade sísmica de edifícios de
alvenaria
P. CandeiasE. Coelho
P. LourençoA. Campos Costa
LNEC, 2012-06-20
2
Introdução
>Estudo do comportamento sísmico dos edifícios “gaioleiros”, sem e com reforço sísmico, recorrendo a ensaios experimentais e a simulações numéricas, tendo em vista a avaliação da sua vulnerabilidade sísmica
>Ensaios realizados no âmbito do projeto “Mitigação do risco sísmico em Portugal” (FCT)
>Trabalho desenvolvido no âmbito do projeto “Avaliação da vulnerabilidade sísmica de edifícios antigos de alvenaria” (FCT)
Edifícios “gaioleiros”
>Edifícios com estrutura de alvenaria construídos entre meados do século XIX e princípios do século XX
>Apresentam quatro pisos ou mais, planta retangular e pavimentos de madeira
Edifícios “gaioleiros”
>A vulnerabilidade sísmica deste tipo de edifícios é influenciada pela sua geometria e estrutura, pelos materiais utilizados e qualidade de construção, pelo estado de conservação e sua localização no quarteirão
Seleção de protótipos
Protótipo S
Protótipo B
Protótipo E
Soluções de reforço
>Solução 1: Reforço das ligações das paredes aos pavimentos, por meio de conectores metálicos e faixas de fibras de vidro coladas com resinas epoxy
Soluções de reforço
>Solução 2: Ligação de paredes opostas por meio de tirantes ao nível dos pisos
8
Soluções de reforço
>Solução 3: Reforço dos nembos existentes nas fachadas por meio de faixas de fibras de vidro coladas com resinas epoxy e conectores metálicos [Silva, V.C. – 2001]
Modelos experimentais
>Modelos em escala reduzida 1:3
>Paredes em argamassa de fraca resistência a simular a alvenaria de pedra
>Pavimentos de madeira a simular os soalhos
Modelos experimentais
Modelo 00
Modelo 1
Modelo 3
Modelo 2
11
Descrição dos ensaios
>Ensaios realizados na plataforma sísmica triaxial do LNEC
>Solicitação sísmica de acordo com o espectro de resposta do RSA (sismo 1, zona A, terreno tipo I, majorado 1,5)
Danos observados
Modelo 2Macroelementos
Nó Nembo Lintel Cunhal
Danos observados
Modelo 3
Macroelementos
Cunhal Parede
14
Comportamento sísmico experimental
>Identificação das propriedades dinâmicas dos modelos entre cada ensaio e acompanhamento da sua evolução
2
0,
,, 1
−≈
n
anan f
fD
( )
( )0
13
2
0
13
2
sin10
sin10
≠=
≠=
∑
∑
×
××=
k
k
k
k
fkk
Mag
fkk
Magk
n
Ang
Angf
f
Frequências de vibração iniciais
0
5
10
15
20
25
1ºT 2ºT 1ºL 2ºL
Modo de vibração
Fre
quên
cia
[Hz]
Modelo 0 Modelo 00 Modelo 1 Modelo 2 Modelo 3
Modelo 1
0%
20%
40%
60%
80%
100%
0 0.2 0.4 0.6 0.8
PGA [g]
Dan
o [-
]
1ºT2ºT1ºL2ºL
15
Comportamento sísmico experimental
>Amplificação global das acelerações de pico
+=
+
+
×=∑
PGAM
PAmãoAmplificaç l
ll
32
1−
=
−
−
×=∑
PGAM
PAmãoAmplificaç l
ll
32
1
Direcção NS
00.20.40.60.8
11.21.41.61.8
2
-1 -0.5 0 0.5 1
PGA [g]
Am
plifi
caçã
o gl
obal
[-]
Modelo 0Modelo 00Modelo 1Modelo 2Modelo 3
Direcção EW
00.20.40.60.8
11.21.41.61.8
2
-1 -0.5 0 0.5 1
PGA [g]
Am
plifi
caçã
o gl
obal
[-]
Modelo 0Modelo 00Modelo 1Modelo 2Modelo 3
16
Comportamento sísmico experimental
>Deslocamento, normalizado à altura, do piso 4 relativamente ao nível de referência
mm
Ddrift global 4800
4−
− =mm
Ddrift global 4800
4+
+ =
Parede N fora plano - Piso 4
0.00%
0.10%
0.20%
0.30%
0.40%
0.50%
0.60%
0.70%
0.80%
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
PGA [g]
Des
loca
men
to r
elat
ivo/
Altu
ra
[-]
Modelo 0Modelo 00Modelo 1Modelo 2Modelo 3
Direcção EW - Piso 4
0.00%
0.10%
0.20%
0.30%
0.40%
0.50%
0.60%
0.70%
0.80%
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
PGA [g]
Des
loca
men
to r
elat
ivo/
Altu
ra
[-]
Modelo 0Modelo 00Modelo 1Modelo 2Modelo 3
17
Comportamento sísmico experimental
>Deformação horizontal das paredes no piso 4 medida a meio da largura relativamente à corda que une os cunhais adjacentes e normalizada pela largura da parede
Parede N fora plano - Piso 4
0.00%
0.10%
0.20%
0.30%
0.40%
0.50%
0.60%
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
PGA [g]
Des
loca
men
to re
lativ
o à
linha
méd
ia/L
argu
ra [-
]
Modelo 0Modelo 00Modelo 1Modelo 2Modelo 3
Parede E fora plano - Piso 4
0.00%
0.10%
0.20%
0.30%
0.40%
0.50%
0.60%
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
PGA [g]
Des
loca
men
to re
lativ
o à
linha
méd
ia/L
argu
ra [-
]
Modelo 0Modelo 00Modelo 1Modelo 2Modelo 3
18
Comportamento sísmico experimental
>Curvas de capacidade que representam os valores máximos do coeficiente sísmico e do deslocamento do topo/altura (não simultâneos)
Direcção NS
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01
Deslocamento do topo/Altura [-]
Coe
ficie
nte
sísm
ico
[-]
Modelo 0Modelo 00Modelo 1Modelo 2Modelo 3
Direcção EW
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01
Deslocamento do topo/Altura [-]
Coe
ficie
nte
sísm
ico
[-]
Modelo 0Modelo 00Modelo 1Modelo 2Modelo 3
19
Análise estática não linear
>Curvas de capacidade numéricas e experimentais do Modelo 0 com o material M1
Parede S no plano
0
10000
20000
30000
40000
0 10 20 30 40
Deslocamento [mm]
For
ça [N
]
L2_F_M1
L3_F_M1
L4_F_M1
Ensaio 0
Ensaio 1
Ensaio 2
Ensaio 3
Ensaio 4
Ensaio 5
Parede N no plano
0
10000
20000
30000
40000
0 10 20 30 40
Deslocamento [mm]
For
ça [N
]
L2_F_M1
L3_F_M1
L4_F_M1
Ensaio 0
Ensaio 1
Ensaio 2
Ensaio 3
Ensaio 4
Ensaio 5
20
Conclusões
>Os padrões de danos observados nos ensaios revelaram que o comportamento sísmico dos modelos é afetado pelas soluções de reforço utilizadas, alterando-se substancialmente e em conformidade com as diferentes características de cada uma das soluções
>O comportamento sísmico global, expresso através de curvas de capacidade, revelou uma ligeira melhoria, quer em força, quer em deformação, nos modelos reforçados relativamente aos não reforçados, tal como a capacidade de dissipação da energia introduzida
21
Conclusões
>Foi ao nível das respostas locais que se registaram as melhorias mais significativas, tendo-se verificado uma redução dos deslocamentos para fora do plano das paredes e, portanto, um melhor controlo dos mecanismos de colapso locais
>Nas análises numéricas obtiveram-se resultados que são comparáveis não só entre modelos numéricos como também com os modelos experimentais
22
Linhas de investigação futura
>Realização de programas experimentais de modo a aprofundar o estudo do comportamento sísmico dos edifícios “gaioleiros”
>Construção de modelos com “verdadeira” alvenaria de pedra
23
Linhas de investigação futura
>Procura de novas soluções de reforço sísmico que permitam, nomeadamente, aumentar a rigidez ou a capacidade resistente dos modelos
>Introdução de peças metálicas horizontais junto às paredes e de tirantes diagonais sob os pavimentos
24
Linhas de investigação futura
>Avaliar a importância do efeito de quarteirão no comportamento sísmico dos edifícios individuais dado que a reconhecida deficiência das ligações entre elementos estruturais e não estruturais existente nestes edifícios também se deverá repercutir no conjunto
>Aplicação de métodos de inferência bayesiana para atualização das curvas de vulnerabilidade sísmica da tipologia
25
Agradecimentos
>Ao LNEC
>À Universidade do Minho
>À Fundação para a Ciência e Tecnologia (Bolsa de Doutoramento SFRH/BD/12469/2004)
>À STAP
26
27
Procedimento de ensaio
Número Ensaio PGA nominal* Ficheiro Amostras
0 Identificação modal 0 ** cat_00.bin 48000
1 Solicitação sísmica 0 20% fct_20.bin 8192
2 Identificação modal 1 ** cat_20.bin 48000
3 Solicitação sísmica 1 50% fct_50.bin 8192
4 Identificação modal 2 ** cat_50.bin 48000
5 Solicitação sísmica 2 75% fct_75.bin 8192
6 Identificação modal 3 ** cat_75.bin 48000
7 Solicitação sísmica 3 100% fct_100.bin 8192
8§ Identificação modal 4 ** cat_100.bin 48000
28
Modelação numérica
>Curvas de de capacidade numéricas do Modelo 00 com o material M2 (controlo em força)
Parede N no plano
0
10000
20000
30000
40000
0 10 20 30 40
Deslocamento [mm]
For
ça [N
]
L2_F_M2
L3_F_M2
L4_F_M2
Ensaio 0
Ensaio 1
Ensaio 2
Ensaio 3
Parede S no plano
0
10000
20000
30000
40000
0 10 20 30 40
Deslocamento [mm]
For
ça [N
]
L2_F_M2
L3_F_M2
L4_F_M2
Ensaio 0
Ensaio 1
Ensaio 2
Ensaio 3
29
Modelação numérica
>Curvas de de capacidade numéricas do Modelo 1 com o material M2 (controlo em força)
Parede N no plano
0
10000
20000
30000
40000
0 10 20 30 40
Deslocamento [mm]
For
ça [N
]
L2_F_M2
L3_F_M2
L4_F_M2
Ensaio 0
Ensaio 1
Ensaio 2
Ensaio 3
Parede S no plano
0
10000
20000
30000
40000
0 10 20 30 40
Deslocamento [mm]
For
ça [N
]
L2_F_M2
L3_F_M2
L4_F_M2
Ensaio 0
Ensaio 1
Ensaio 2
Ensaio 3
30
Modelação numérica
>Curvas de de capacidade numéricas do Modelo 2 com o material M2 (controlo em força)
Parede N no plano
0
10000
20000
30000
40000
0 10 20 30 40
Deslocamento [mm]
For
ça [N
]
L2_F_M2
L3_F_M2
L4_F_M2
Ensaio 0
Ensaio 1
Ensaio 2
Ensaio 3
Parede S no plano
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
0 5 10 15 20 25 30
Deslocamento [mm]
For
ça [N
]
L2_F_M2
L3_F_M2
L4_F_M2
Ensaio 0
Ensaio 1
Ensaio 2
Ensaio 3
31
Modelação numérica
>Curvas de de capacidade numéricas do Modelo 3 com o material M2 (controlo em força)
Parede N no plano
0
10000
20000
30000
40000
0 10 20 30 40
Deslocamento [mm]
For
ça [N
]
L2_F_M2
L3_F_M2
L4_F_M2
Ensaio 0
Ensaio 1
Ensaio 2
Ensaio 3
Parede S no plano
0
10000
20000
30000
40000
0 10 20 30 40
Deslocamento [mm]
For
ça [N
]
L2_F_M2
L3_F_M2
L4_F_M2
Ensaio 0
Ensaio 1
Ensaio 2
Ensaio 3
Modelo0_L4_F_M1
33
Modelo00_L4_F_M2
34
Modelo1_L4_F_M2
35
Modelo2_L4_F_M2
36
Modelo3_L4_F_M2